化学反应工程反应器

引言
实际反应器流动形式的复杂性
短路
u
沟 流
死区
回 流
存在速度分布
存在死区和短路现象
存在沟流和回流
偏离理想流动模式，反应结果与理想反应器的计算值具有 较大的差异。
聚集态的影响
理想反应器假定混合为分子尺度，实际工程难以达到，如
结团
弥散
喷 雾
两种体系的反应程度显然应该是不 同的。
鼓泡
气体 液体
工程中，尽量改善体系的分散尺度，以达到最有效的混合， 从而改善反应效果。
喷射环流反应器应用研究进展
Flugel 于 1939 年首次提出喷射反应器的概念 喷射反应器的工作原理：利用高速流动相去卷吸其它
相，使各相密切接触，产生剧烈的搅拌，达到充分混 合的效果来完成反应。喷射反应器使反应物充分混合， 有利于强化传质与传热，加快反应速率，改善浓度和 温度分布，抑制副反应，提高反应的选择性。
加氢反应一般为高压反应，对反应器的密封性要求较高。 Leuteritz[4]将喷射反应器分别应用于 2-氯代硝基茴香醚加
氢制备2-氯代茴香胺和均相- 非均相催化体系中芳香胺的加 氢烷基化反应。 李秋小等催化加氢制备饱和脂肪酸甲酯，结果表明，搅拌 釜反应器中加氢反应为一级反应，而喷射反应器由于大大 强化了传质过程，表现为二级反应形式，反应速率大大加 快，反应周期缩短了 60%。
对于高粘度液体与气体的反应。
两相一次达不到要求的，可以通过循环泵或者多级喷
射的串联。
氯化/次氯化反应
要求设备具备较大的传热面积、较高的传热系数和混
合效率，反应液混合要均匀，避免局部浓度过高，同 时提供较大的气液接触面积及气液传质系数。
Z5-G 菌株发酵生产聚 β-羟基丁酸酯
形成射流
推动流体循环
搅拌物料
强化传质
外循环控温
讨论适用的范围
易容气体的吸收和伴有快速反应的气体吸收反应。 流体为湍流，平均滴径可达50微米，增大了传质面积，
容易发生飞温
喷射反应器的优点
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
传质性能好 传热能效大 操作弹性和工作体积大 单位体积输入功率大 结构简单，无搅动件，易于反应过程的连续 密封性能好，适用于高压反应 易于工程放大
加氢反应
过程主要受传质控制，其选择性和产品的质量受催化剂表
面环境影响很大，这就要求反应器传质性能好。
氧化反应
石蜡的氧化生成脂肪酸：利用喷射反应器代替体积庞
大而效率低下的间歇式鼓泡氧化塔来研究石蜡的氧化， 利用喷射氧化混合器将空气分散于液态石蜡中，使气 液混合物通过特制的泡沫塔进行石蜡的氧化，强化了 反应过程，提高了氧化速度
密封性
目标产物的含量由 52%提高到 97%
耗碱量降低了 50%
能耗降低了 20%
高速
压力降 湍流
强化传热，传 质
送出产物 静压力
源自文库
不需要压缩机的送气设备
节能
传统的工业反应器的缺点
工业规模搅拌釜反应器的搅拌速度不快，对反应器的
物料混合程度有了一定的限制，传质效果一般；它包 含搅动件，对密封性能存在一定制约，不适合高压反 应。
固定床反应器存在反应时间较长、传质和传热效果差、
磺化反应
磺化反应是瞬间进行的剧烈放热反应，所以对传热和
传质条件的要求较高 大多采用膜式反应器，具有操作强度大、反应物料停 留时间短等优点，但也存着尾气处理工作量大、设备 结构复杂、制造安装精度要求高等缺点。 汪宝和等 用于甲苯气相三氧化硫连续磺化反应中，化 硫转化率超过 99%，反应过程中克服了釜式反应器传 质比表面积小、体积大及降膜反应器内易出现局部过 热、结构复杂等不足，成功解决了气相传质和反应热 移出的问题，有效控制了反应温度，抑制了副反应的 发生，提高了产品质量，